原料成本、設(shè)備運(yùn)行成本以及產(chǎn)物純化成本是壓在 PHA 制造上的 " 三座大山 "。 

本文為元?dú)赓Y本第181篇原創(chuàng)文章

分析師）Emilia Xie

微信公眾號(hào)）yuanqicapital

核心內(nèi)容

1、從 " 限塑 " 到 " 禁塑 "，嚴(yán)政策驅(qū)動(dòng)下市場(chǎng)供不應(yīng)求，產(chǎn)量提升是目前主要難題。

2、生物降解塑料材料種類眾多、性能各異，哪種材料會(huì)脫穎而出，成為未來(lái)趨勢(shì)？ 

3、2021 年起，國(guó)內(nèi)外合成生物領(lǐng)域的融資熱度不斷，從科研到產(chǎn)品建立全產(chǎn)業(yè)鏈的公司才能擁有持續(xù)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2022 年 1 月 1 日，藍(lán)晶微生物的 PHA 產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目在江蘇濱海經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)落地，占地面積約 130 畝，計(jì)劃 PHA 年產(chǎn)能 2.5 萬(wàn)噸，預(yù)計(jì) 2022 年內(nèi)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn) 5000 噸。 

2022 年 7 月 14 日，安琪酵母（600298.SH）宣布與北京微構(gòu)工場(chǎng)（PhaBuilder）合資設(shè)立湖北微琪生物科技有限公司（簡(jiǎn)稱 " 微琪生物 "），共同推進(jìn)年產(chǎn) 3 萬(wàn)噸級(jí) PHA（聚羥基脂肪酸酯）產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目。預(yù)計(jì) 2022 年內(nèi)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn) 5000 噸供應(yīng)市場(chǎng)。雙方將利用各自的資源和渠道拓展產(chǎn)品銷售。 

項(xiàng)目建成后，該基地將成為中國(guó)第一、全球第三大的 PHA 生產(chǎn)基地，位列日本 Kaneka 和美國(guó) Danimer Scientific 之后。據(jù)公司披露描述，該基地將是世界上能夠生產(chǎn) PHA 類型最多的產(chǎn)線，率先量產(chǎn)的產(chǎn)線將生產(chǎn) PHA、PHB 和 P34HB 等混合出的數(shù)十種材料。 

PHA 產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目一期工程規(guī)劃示意圖（來(lái)源：藍(lán)晶微生物） 

可見(jiàn)，今年以來(lái)，藍(lán)晶微生物和微構(gòu)工場(chǎng)兩家本土公司均在 PHA 技術(shù)研發(fā)和商業(yè)落地上取得了突破性進(jìn)展。而相比 PHA，同為生物降解塑料材料 PLA 早已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，被用作日常生活塑料制品的替代。 

在 " 限塑令 " 政策已經(jīng)實(shí)行多年的背景下，目前國(guó)內(nèi)外生物可降解塑料產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況如何？PLA、PHA 等生物可降解材料各自又具有怎樣的優(yōu)勢(shì)？ 

  嚴(yán)格禁塑政策驅(qū)動(dòng)下，可降解塑料市場(chǎng)蘊(yùn)含商機(jī)  

對(duì)于一次性不可降解塑料的環(huán)境危害，世界各國(guó)早有共識(shí)。具體到限塑政策落地，地方政府通常先要求對(duì)消費(fèi)者收取塑料袋費(fèi)用，或者對(duì)不可降解塑料生產(chǎn)商加稅，再分區(qū)域?qū)?" 限塑 " 升級(jí)至 " 禁塑 " 政策。 

自 1994 年起，丹麥就開(kāi)始對(duì)塑料生產(chǎn)商征稅。澳大利亞在 2010 年前后從南向北開(kāi)始分區(qū)域逐步引入塑料袋禁令。英國(guó)自 2011 年起歷時(shí)五年從威爾士、北愛(ài)爾蘭到蘇格蘭、英格蘭分區(qū)域依次實(shí)行塑料袋收費(fèi)政策。 

歐盟自 2015 年起開(kāi)始實(shí)施限塑政策，到 2019 年將 " 限塑 " 進(jìn)一步升級(jí)為 " 禁塑 "，實(shí)施范圍也從塑料包裝袋拓展到包括餐具、盤子、吸管等在內(nèi)的塑料制品。美國(guó)的禁塑政策相比較開(kāi)始較晚，自 2020 年起各州開(kāi)始陸續(xù)自行頒布適用于各州內(nèi)部的禁塑政策。 

中國(guó)是全球最大的塑料生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，塑料消費(fèi)量占全球的比重達(dá) 15%。自 2008 年 6 月起，國(guó)務(wù)院就在全國(guó)范圍內(nèi)禁止生產(chǎn)、銷售和使用厚度小于 0.025 毫米的塑料購(gòu)物袋，并且禁止免費(fèi)向消費(fèi)者提供塑料購(gòu)物袋。但具體到 " 禁塑令 " 政策落地，受制于我國(guó)地域廣闊以及人口眾多，目前采取了分區(qū)域三階段實(shí)施的方案：1）到 2020 年底，所有直轄市、省會(huì)城市的商場(chǎng)、超市及餐飲外賣開(kāi)始禁止使用不可降解塑料袋、餐具一級(jí)吸管；2）到 2022 年底，拓展到所有地級(jí)以上城市和沿海地區(qū)縣城建成區(qū)；3）到 2025 年底，繼續(xù)拓展至城鄉(xiāng)結(jié)合部、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)。 

2015 年起，吉林省率先開(kāi)始全面實(shí)行禁塑政策，是全國(guó)首個(gè)落實(shí)禁塑的省份。2016 年，全吉林省的大型商超可降解產(chǎn)品替換率就達(dá)到了 90%。 

受益于政策驅(qū)動(dòng)，區(qū)域性的龍頭企業(yè)中寶新材趁勢(shì)崛起，2022 年 6 月 7 日，中寶新材于港交所遞交招股書(shū)沖刺上市。這家吉林本土的塑料袋制造企業(yè)，以吉林省為核心區(qū)域，在東北地區(qū)大量生產(chǎn)并銷售以 PLA（聚乳酸）為原料制成的連卷袋和購(gòu)物袋。 

2021 年，中寶新材實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入 2.57 億元，同比增長(zhǎng) 54.0%，其中 90.8% 來(lái)自生物降解塑料為原料制成的連卷袋和購(gòu)物袋，毛利率和凈利率分別為 44.1% 和 30.5%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)制造業(yè)平均水平。按照地域來(lái)看，由吉林、黑龍江及遼寧三省組成的東北地區(qū)營(yíng)收占比達(dá)到了 79.3%。 

中國(guó)生物降解塑料市場(chǎng)受禁塑政策驅(qū)動(dòng)，在未來(lái)五年內(nèi)將實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)。目前市場(chǎng)格局分散，從原材料研發(fā)到產(chǎn)品制造都蘊(yùn)含商機(jī)。 

據(jù)弗若斯特沙利文咨詢統(tǒng)計(jì)，在原材料端，2021 年中國(guó)生物降解塑料材料的消耗量為 27.6 萬(wàn)噸，到 2026 年，預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)至 95.5 萬(wàn)噸，5 年間復(fù)合增長(zhǎng)率為 28.2%；在制造端，截止 2020 年 12 月 31 日，據(jù)統(tǒng)計(jì)全國(guó)約有 1200 家生物降解塑料制造商。由于中游制造商對(duì)于區(qū)域政策及物流成本敏感，獲得地區(qū)政策扶持的企業(yè)可以迅速擴(kuò)大市場(chǎng)規(guī)模，形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)并提高利潤(rùn)，整個(gè)市場(chǎng)預(yù)計(jì)會(huì)繼續(xù)保持區(qū)域性分散。 

可降解塑料市場(chǎng)常年供不應(yīng)求

PLA 已突破技術(shù)壁壘、擺脫原材料進(jìn)口依賴  

目前市場(chǎng)上可降解塑料可按照生產(chǎn)原料分為石油基和生物基兩大類型。其中石油基可降解塑料以化石能源為原料，主要包括 PBAT（聚己二酸 - 對(duì)苯二甲酸丁二脂）、PCL（聚己內(nèi)酯）等。而生物基可降解塑料以玉米、秸稈等生物基材為原料，主要包括 PLA（聚乳酸）、PHA（聚羥基脂肪酸酯）等。 

來(lái)源：European Bioplastics

生物可降解材料性能各異，其中 PLA 和 PBAT 工藝相對(duì)成熟，是當(dāng)前傳統(tǒng)塑料市場(chǎng)的主要替代品。自 2021 年初 " 禁塑令 " 開(kāi)始實(shí)行，直轄市和省會(huì)城市的飲品店紛紛推出紙質(zhì)吸管或 PLA 可降解吸管來(lái)替代傳統(tǒng)塑料吸管。紙質(zhì)吸管放入飲品中，不需多時(shí)便會(huì)軟化，消費(fèi)者使用體驗(yàn)不佳，但勝在成本低廉。而 PLA 具有與 PP（聚丙烯）相似的強(qiáng)度和耐久度，PLA 可降解吸管在使用體驗(yàn)上也與聚丙烯吸管相似。 

據(jù)浙江海正生物招股書(shū)中數(shù)據(jù)，2021 年國(guó)內(nèi) PLA 的市場(chǎng)價(jià)格在 2.5-2.9 萬(wàn)元 / 噸，而傳統(tǒng)塑料 PE、PS、PP 的市場(chǎng)價(jià)格在 0.8-1.4 萬(wàn)元 / 噸。PLA 相比傳統(tǒng)塑料的材料成本高 2-3 倍，目前仍有明顯差距，嚴(yán)格的禁塑政策仍然是下游塑料制品行業(yè)選用 PLA 替代不可降解塑料的主要驅(qū)動(dòng)力。 

在工業(yè)生產(chǎn)中，PLA 目前仍然采用化工合成方法，主要包括直接聚合法和丙交酯開(kāi)環(huán)聚合法。目前主要采用的是后者，因此 PLA 產(chǎn)量與丙交酯原料的供給高度相關(guān)。 

在 2021 年之前，國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn) PLA 所使用的丙交酯長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，成本較高。但在 2019-2020 年，全球范圍內(nèi)的丙交酯持續(xù)性斷供對(duì)國(guó)內(nèi) PLA 產(chǎn)能造成負(fù)面影響，也迫使國(guó)內(nèi) PLA 廠家通過(guò)與高校或科研機(jī)構(gòu)合作，開(kāi)始自行研發(fā)生產(chǎn)丙交酯工藝，通過(guò)突破技術(shù)壁壘來(lái)解決進(jìn)口替代的問(wèn)題。 

目前在全球范圍內(nèi)，已經(jīng)完全掌握 PLA 全流程工藝的公司共有四家，分別為美國(guó) Nature Works、荷蘭 TCP（Total-Corbion PLA）、以及國(guó)內(nèi)的豐原生物和海正生物，國(guó)內(nèi)這兩家企業(yè)已經(jīng)逐步擺脫對(duì)進(jìn)口丙交酯的依賴。另外金丹科技（300829.SZ）與中糧生物部分掌握了 PLA 生產(chǎn)工藝。 

據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計(jì)，2021 年全球 PLA 產(chǎn)能為 50 萬(wàn)噸，其中美國(guó) Nature Works 是全球生產(chǎn)規(guī)模最大的公司，產(chǎn)能約 15 萬(wàn)噸 / 年，荷蘭 TCP 與我國(guó)豐原生物均為 10 萬(wàn)噸 / 年，海正生物為 3.5 萬(wàn)噸 / 年。 

在丙交酯擺脫進(jìn)口、實(shí)現(xiàn)自供之后，國(guó)內(nèi) PLA 產(chǎn)能將迅速趕超國(guó)外。美國(guó) Nature Work 和荷蘭 TCP 目前在建產(chǎn)能 7.5 萬(wàn)噸和 10 萬(wàn)噸，預(yù)計(jì) 2024 年投產(chǎn)。而國(guó)內(nèi) PLA 龍頭豐原生物一家的在建產(chǎn)能就已達(dá)到 70 萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)未來(lái) 3-5 年內(nèi)投產(chǎn)，國(guó)內(nèi)整體在建產(chǎn)能已達(dá)到 252 萬(wàn)噸。 

PHA 在性能和環(huán)保上擁有多重優(yōu)勢(shì)，成功量產(chǎn)后前景廣闊  

PLA 采用化工合成法，具有良好的生物安全性、力學(xué)性能和易加工性，成本在生物降解塑料中較低，適用于大規(guī)模的日常塑料制品，如購(gòu)物袋、餐盒、吸管等；但它的生物降解條件要求苛刻，耗時(shí)長(zhǎng)并且無(wú)法自行降解。 

而 PHA 的出現(xiàn)恰好彌補(bǔ)了這一缺陷。 

PHA 是一種存在于細(xì)菌等微生物細(xì)胞中的天然聚酯，是一種高分子生物材料。PHA 既是細(xì)菌在生長(zhǎng)條件不平衡時(shí)的產(chǎn)物，也是微生物體內(nèi)的碳源和能量的儲(chǔ)存物質(zhì)。PHA 具有抗凝血性、疏水性和光學(xué)異構(gòu)性，在體內(nèi)與細(xì)胞有良好的生物組織相容性，因此在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。由 PHA 制成的手術(shù)縫合線、可吸收手術(shù)膜等醫(yī)療器械已在美國(guó)獲 FDA 批準(zhǔn)上市。 

在生產(chǎn)工藝上，PHA 采用生物合成法，利用微生物的自身代謝來(lái)合成產(chǎn)物，由多種蛋白和酶參與微生物發(fā)酵，生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放量非常低。在降解要求上，PHA 無(wú)需經(jīng)過(guò)堆肥就可以在自然環(huán)境中降解，降解時(shí)間可控，最終降解產(chǎn)物為二氧化碳和水，對(duì)細(xì)胞無(wú)毒性，降解過(guò)程省力且具有循環(huán)利用價(jià)值。 

區(qū)別于擁有單一結(jié)構(gòu)的 PLA，PHA 通過(guò)改變菌種或發(fā)酵工藝可擁有多種結(jié)構(gòu)，可以滿足下游多元化消費(fèi)場(chǎng)景需求。目前已發(fā)現(xiàn)的 PHA 單體的種類已經(jīng)超過(guò)了 150 種，構(gòu)成了一個(gè)龐大的高分子家族，此次微琪生物的基地將是世界上能夠生產(chǎn) PHA 類型最多的產(chǎn)線，率先量產(chǎn)的產(chǎn)線將生產(chǎn) PHA、PHB 和 P34HB 等混合出的數(shù)十種材料。 

來(lái)源：微構(gòu)工場(chǎng)  

PHA 材料的性能如此優(yōu)異，但如何提升產(chǎn)量一直是困擾科研人員的難題。 

據(jù) European Bioplastics 統(tǒng)計(jì)，2020 年 PHA 全球產(chǎn)能僅為 3.6 萬(wàn)噸，在可生物降解塑料產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中僅占 3%。在元?dú)赓Y本 2021 年 4 月 1 日，藍(lán)晶曾預(yù)測(cè)未來(lái) 20 年內(nèi) PHA 的需求量將達(dá)到 1000 萬(wàn)噸，涉及 4 億美元市場(chǎng)規(guī)模。 

2020 年全球可生物降解塑料產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)（資料來(lái)源：European Bioplastics） 

在《財(cái)經(jīng)涂鴉》2021 年 4 月 6 日對(duì)曾提及，作為代替石化合成塑料的可降解材料 PHA，因生產(chǎn)成本極高，一直未能得到規(guī)模應(yīng)用。PLA 相比傳統(tǒng)塑料的材料成本高 2-3 倍，PHA 更是比 PLA 的成本還要再高 2 倍。原料成本、設(shè)備運(yùn)行成本以及產(chǎn)物純化成本是壓在 PHA 制造上的 " 三座大山 "。 

在實(shí)驗(yàn)室中無(wú)論多么高精尖的技術(shù)突破，最終商業(yè)落地還是要聚焦到兩個(gè)問(wèn)題：能否克服工業(yè)制造中的種種問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)？以及成本是否足夠低到客戶愿意買單？ 

藍(lán)晶微生物和微構(gòu)工場(chǎng)兩家本土公司均在 PHA 技術(shù)研發(fā)和商業(yè)落地上取得了突破性進(jìn)展。 

微構(gòu)工場(chǎng)成立于 2021 年，其創(chuàng)始人陳國(guó)強(qiáng)教授是清華大學(xué)合成生物與生物材料學(xué)系主任，已經(jīng)在 PHA 研究領(lǐng)域深耕了 30 余年。2022 年 1 月，微構(gòu)工場(chǎng)獲得由國(guó)家混改基金領(lǐng)投，國(guó)中創(chuàng)投 - 國(guó)家中小企業(yè)發(fā)展基金，以及紅杉中國(guó)等老股東跟投的 2.5 億元 A 輪融資。 

藍(lán)晶微生物成立于 2016 年，截止 2022 年 1 月，藍(lán)晶微生物先后完成了總額近 15 億元人民幣的多輪融資。兩家企業(yè)均在菌種涉及和發(fā)酵工藝環(huán)節(jié)積累了多年的經(jīng)驗(yàn)，并于今年開(kāi)始實(shí)現(xiàn) PHA 大規(guī)模量產(chǎn)。 

工業(yè)大規(guī)模量產(chǎn)會(huì)出現(xiàn)很多實(shí)驗(yàn)室中無(wú)法預(yù)測(cè)的難題。 

在實(shí)驗(yàn)室中，發(fā)酵菌種可以執(zhí)行嚴(yán)格的高溫、密閉并且無(wú)菌的操作環(huán)境。但是在工業(yè)量產(chǎn)中，完全無(wú)菌的環(huán)境是難以達(dá)到的，一旦放大生產(chǎn)，對(duì)壓力、溫度等各種精細(xì)的調(diào)控，會(huì)使得難度系數(shù)成倍數(shù)增加。 

對(duì)于傳統(tǒng)底盤細(xì)菌而言，一旦外界菌種進(jìn)入污染整個(gè)體系，會(huì)導(dǎo)致 PHA 轉(zhuǎn)化效率下降，甚至不得不重新倒灌生產(chǎn)。兩家公司均在菌種設(shè)計(jì)和發(fā)酵工藝上擁有自己的技術(shù)壁壘。 

面對(duì)這一問(wèn)題，微構(gòu)工場(chǎng)和藍(lán)晶微生物選擇的解題思路（菌種）略有不同。微構(gòu)工場(chǎng)使用嗜鹽菌作為低成本的混合基質(zhì)，可以適應(yīng)高鹽工業(yè)環(huán)境、并且即使工業(yè)流程中混入其他細(xì)菌，也可以保證轉(zhuǎn)化效率；而藍(lán)晶微生物選取油田土壤中的耐油細(xì)菌，該細(xì)菌同樣對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境和發(fā)酵要求不高，能穩(wěn)定合成產(chǎn)出高性能的 PHA 材料。 

PHA 材料是一個(gè)成本領(lǐng)導(dǎo)型市場(chǎng)，規(guī)模化生產(chǎn)問(wèn)題一旦得到解決，PHA 將擁有廣闊的應(yīng)用前景。 

尾聲：國(guó)內(nèi)外合成生物領(lǐng)域的投融資熱潮仍將延續(xù)  

2021 年，國(guó)外合成生物學(xué)獨(dú)角獸 Zymergen（ZY.US）和 Ginkgo Bioworks（DNA.US）相繼登陸資本市場(chǎng)，也帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)外合成生物領(lǐng)域一二級(jí)投融資市場(chǎng)熱度。2022 年，合成生物學(xué)的熱潮也從國(guó)外傳遞到了國(guó)內(nèi)。元?dú)赓Y本整理了近期國(guó)內(nèi)合成生物領(lǐng)域投融資事件，目前還是集中在天使輪和 A 輪的早期融資，化工和醫(yī)藥是合成生物技術(shù)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。 

在曾提及，在 ESG 需求的驅(qū)動(dòng)以及雙碳政策的扶持下，合成生物企業(yè)的市場(chǎng)空間和發(fā)展前景非常可觀，但規(guī)模化生產(chǎn)和商業(yè)化落地一直是合成生物的盈利難題。 

Zymergen 和 Ginkgo 作為合成生物 " 平臺(tái) "，前期科研投入高昂，而僅來(lái)源于研發(fā)外包服務(wù)（CRO）的收入是有限并且難以持續(xù)的。若自身無(wú)持續(xù)的造血能力，即使能夠持續(xù)從資本市場(chǎng)獲得融資，一時(shí)的熱度過(guò)后估值也往往會(huì)回落到冰點(diǎn)。 

藍(lán)晶微生物的創(chuàng)始人張浩千表示，藍(lán)晶從一開(kāi)始就決定將科研產(chǎn)品化，而不僅僅停留在研發(fā)外包。從科研到產(chǎn)品建立全產(chǎn)業(yè)鏈的公司才能擁有持續(xù)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。